lecture集成运放基本运算电路

第5章 电子技术实验 835.4 集成运算放大器的基本运算电路一 实验目的（1）掌握集成运算放大器反相比例运算电路、反相加法器、差动运算放大电路和积分器电路的基本接线和运算关系、测试方法。

（2）通过实验加深对运算放大器的特性和“虚短”“虚断”概念的理解。

二 实验原理集成运算放大器是一种具有高开环放大倍数、深度负反馈的直接耦合多级放大器，是模拟电子技术领域应用最广泛的集成器件。

按照输入方式可分为同相、反相、差动3种接法，按照运算关系可分为比例、加法、减法、积分、微分等。

利用输入方式和运算关系的组合，可接成各种运算放大器电路。

1．反相比例运算放大器反相比例运算放大器电路是集成运放的一种最基本的接法，如图5.4.1所示。

电路的输出电压u o 与输入电压u i 的关系式为i 1f o u R R u −=。

2．反相加法器 如果在运算放大器的反相端同时加入几个信号，接成图5.4.2的形式，就构成了能对同时加入的几个信号电压进行代数相加运算的反相加法器电路。

如果把运算放大器看作是理想的，由于理想运放的开环电压放大倍数为无穷大，那么当输出电压为有限值时差模输入电压00u u u A −+−=，所以u -=u +，即“虚短”，当同相输入端接地，即u +＝0，则u －＝0，反相输入端看作“虚地”，则电路的输出电压u o 与输入电压u i 的关系式为：)(i22f i11f o u R R u R R u +−=。

为保证运算放大器的两个输入端处于平衡对称的工作状态，克服失调电压、失调电流的影响，在电路中应尽量保证运算放大器两个输入端的外电路的电阻相等。

因此在反相输入的运算放大器电路中，同相端与地之间要串接补偿电阻R 3，R 3的阻值应是反相输入电阻与反馈电阻的并联值（R 3=R 1//R 2//R f ）。

3．差动运算放大电路差动运算放大器电路如图5.4.3所示。

根据电路分析，该电路的输出电压u o 与输入电压u i 的关系式为：3f f o i2i11231(1)R R R u u u R R R R =+−+。

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模拟电子技术基础
此式表明，当Ir和所需要的小电流一定时，可计算
出所需的电阻R2。例如，已知Ir=1mA,要求IC2=10μA时，
则R2为
R21 20 6 1 1 0 06 3ln11000 10k2
如果VCC=15V，要使Ir=1mA,则Rr≈15kΩ。
由此可见，要得到10μA的电流，在VCC=15V时，采 用微电流电流源电路，所需的总电阻不超过27kΩ。如 果采用镜像电流源，则电阻Rr要大到1.5MΩ。
模拟电子技术基础
第四章
集成运算放大器 电路
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本章重点：
➢集成运放的组成原理 ➢镜像电流源电路 ➢比例电流源电路
本章难点：
➢电流源电路的分析
模拟电子技术基础
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模拟电子技术基础
4.1 集成运算放大器的概述 4.2 电流源电路 4.3 集成运放电路举例
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模拟电子技术基础
4.1 集成运算放大器的概述
Rb
βib
rbe1
rce1 rce2
RL
A .u1(rcR 1e b / r /crb 2 e1 /eR /L)R b1 R rL b1e
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模拟电子技术基础
有源负载差分放大电路
T3
T4
+
T1
T2
ui -
-VEE
+VCC RL
iC 3 iC 4 iC1 iC 2 iC 3 iC1 iO iC 4 iC 2 2iC1
电压与输出电压之间的相位关系。
uP
uN
Aod
uO
反相输入端
电压传输特性 uOf(uPuN)

由于ro >> Rc所以有源负载大大提高了放大电路的电压增益。
第六章 集成电路运算放大器
6.2 差分式放大电路
6.2.1 差模信号和共模信号普的通概放念大电路也可以看成
1.概念
是一个双口网络，但每个 端口都有一个端子接地。
差分式放大电路是一个双口网因络此，，每只个能端输口入有一两个个信端号子，， 可以输入两个信号，输出两个信号输。出其一端个口信结号构。示意图如
特点： 电路对称，射级电阻共用， 或射级直接接电流源（大的 电阻和电流源的作用是一样 的）有两个输入端，有两个 输出端
第六章 集成电路运算放大器
2.工作方式 双端输入 双端输出 单端输入 双端输出 3.工作原理 (1)静态分析
双单端端输输这Vi=是入入0因即单单为V端 端短在输 输路静出 出静态态时时， Vc1=Vc2, 所以Vo=Vc1Vc2=0。 即输入为0时， 输出也为0。
图1所示。
第六章 集成电路运算放大器
当差分放大电路的两个输入端子接入的输入信号分别为 vi1和vi2时，两信号的差值称为差模信号，而两信号的算 术平均值称为共模信号。
即差模信号 共模信号
根据以上两式可以得到
可以看出，两个输入端的信号均可分解为差模信号和 共模信号两部分。
第六章 集成电路运算放大器
第六章 集成电路运算放大器
（2）电流估算
由电路可得
所以
可见,用阻值不大的Re2就可获得微小的工作电流。 （3）多路电流源
在模拟集成电路中，经常用到多路电流源。目的是用一 个电流源对多个负载进行偏置。典型的多路电流源如图 所示。
第六章 集成电路运算放大器
3．电流源用作有源负载
由于电流源具有交流电阻大的特点（理想电流源的内阻为无穷 大），所以在模拟集成电路中被广泛用作放大电路的负载。这种由 有源器件及其电路构成的放大电路的负载称为有源负载。共发射极 有源负载放大电路如图所示。

实验六集成运放组成的基本运算电路一、实验目的1、设计集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路；2、了解运算放大器在实际应用中应考虑的问题。

二、实验原理LF353 运放的内部电路结构及其引脚如图6-1 所示。

理想运放的输入电流为零（虚断）；在负反馈线性状态时，运放有V+ = V- （虚短）。

由运放的这二个特点，可方便推出运放应用电路的计算公式。

1．同相比例运算图6.2 为同相比例运算电路，其特点是输入电阻比较大。

输入、输出电压之间的函数关系为：电阻R2 的接入同样是为了消除平均偏置电流的影响，故要求R2＝R1//R f。

2．反相加法运算电路如图6.3 所示，其输入、输出的函数关系为：可见通过该电路可实现信号u i1 和u i2 的反相加法运算，平衡电阻R3 应与反相端的外接等效电阻相等，即要求R3＝R1//R2//R f。

3．减法器图6.4 为减法器电路，为了消除平均偏置电流以及输入共模成分的影响，要求R1＝R2、R3＝R f。

该电路输入输出之间的函数关系为：u0 =(u i2 - u i1)R f/R1实验时应注意；(1) 被加信号交、直流量均可，但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频响和输出幅度的限制。

(2) 为防止出现自激振荡。

用示波器监视输出波形。

三、实验内容1．设计一个同相比例运算器要求A u=11、输入信号频率f =200Hz ,有效值分别为0.1V、0.3V、0.5V，测出u o2．设计一个反相加法运算器实现u o = - ( u i1+ u i2)的反相加法运算器。

当u i1 =1V、u i2 = -3V 时，测出uo。

3．设计一个减法器：o i2i1i1 i2 o完成以上三个实验，发现数据基本与理论值近似相等。

说明实验结果与理论值存在偏差，原因在于受硬件限制，无法与理论值完全相等；但又与理论基本相等，说明实际与理论满足上述关系。

四、实验器材(1) GOS-620 型双踪示波器一台；(2) DF1641A 型函数信号发生器一台；(3) SX2172 型交流毫伏表一台。